Cancer imaging and treatment monitoring with color magnetic particle imaging

Manyetik parçacık görüntüleme (MPG), kanser ara ̧stırmaları için oldukça umut verici bir non-invaziv tomografik görüntüleme yöntemi olarak ortaya çıkmaktadır. Süper- paramanyetik demir oksit nanoparçacıkları (SPDON'ları), MPG'de görüntüleme iz- leyicileri olarak kullanılır. SPDON'ların relaksasyon davranı ̧sından yararlanılarak MPG'nin yetenekleri, farklı nanoparçacıkları ve/veya ortamları ayırt edebilen fonksiy- onel görüntüleme uygulamalarına geni ̧sletilebilir. Fonksiyonel MPG'nin önemli uygu- lamalarından biri viskozite haritalamasıdır, çünkü belirli kanser türlerinin hücre- sel viskozite seviyelerini artırdı ̆gı daha önce gösterilmi ̧stir. MPG, doku ortamının viskozite seviyelerini ölçerek kanserli dokuları potansiyel olarak tespit edebilir. MPG'nin bir di ̆ger önemli uygulama alanı ise sıcaklık haritalamasıdır, çünkü SP- DON'lar manyetik alanlı hipertermi (MAH) tedavilerinde de kullanılır, ve MPG ile bölgesel MAH uygulaması mümkün hale gelmektedir. Bununla birlikte, do ̆gru sıcak- lık ölçümleri gerçekle ̧stirebilmek için viskozite ve sıcaklı ̆gın MPG sinyali üzerindeki karı ̧sıklı ̆ga neden olan etkileri de hesaba katılmalıdır. Bu tez, biyolojik olarak an- lamlı viskozite aralı ̆gını (<5 mPa·s) ve terapötik olarak uygulanabilir sıcaklık aralı ̆gını (25-45◦C) kapsayan MPG ile relaksasyona dayalı viskozite ve sıcaklık haritalan- masını incelemektedir. SPDON'ların relaksasyon yanıtının karakterizasyonu için özel olarak tasarlanmı ̧s, her dalga formuyla çalı ̧sabilen bir manyetik parçacık spektrome- tresi (MPS) düzene ̆ginden yararlanılmı ̧stır, ve görüntüleme deneyleri özel olarak tasar- lanmı ̧s bir MPG tarayıcısında gerçekle ̧stirilmi ̧stir. Hem MPS düzene ̆gi hem de MPG tarayıcısı bu tezin parçaları olarak tasarlanmı ̧s ve geli ̧stirilmi ̧stir. Viskozite ve sıcak- lı ̆gın relaksasyon zaman sabiti hesaplamalarındaki etkileri incelenmi ̧stir, ve MPG'nin bu fonksiyonel parametrelere olan hassasiyetleri geni ̧s bir aralıkta belirlenmi ̧stir. Re- laksasyon zaman sabitleri τ'lar, do ̆grusal bir relaksasyon denklemine dayanan TAU- RUS (altta yatan ayna simetrisinin geri kazanımı yoluyla τ tahmini) tekni ̆gi ile hesa- planmı ̧stır. SPDON'ların do ̆grusal olmayan relaksasyon davranı ̧sları eksitasyon alanı parametrelerine, SPDON tipine ve donanım konfigürasyonuna büyük ölçüde ba ̆glı olsa v vi da, τ ile hedeflenmi ̧s fonksiyonel parametreler (yani viskozite veya sıcaklık) arasında birebir bir ili ̧ski kurulabilece ̆gi sonuçlarla gösterilmi ̧stir. Bu sonuçlara göre, MPG ile 10 kHz sürücü alan frekansında 30%/mPa/s'den daha yüksek hassasiyetle viskozite haritalama ve yakla ̧sık 10%/◦C hassasiyetle sıcaklık haritalama ba ̧sarılı bir ̧sekilde gerçekle ̧stirilebilmektedir. Ek olarak bu sonuçlar, viskozite ve sıcaklı ̆gın e ̧szamanlı haritalandırılmasının farklı sürücü alan frekansında ve/veya genli ̆ginde birden fazla ölçüm yaparak elde edilebilece ̆gini göstermektedir. Genel olarak bu bulgular, hib- rit MPG-MAH sistemlerinin kanserin gerçek zamanlı takip edilen ve bölgesel uygu- lanan termal ablasyon tedavisi için umut verici bir yakla ̧sım sunaca ̆gını göstermek- tedir. MPG'nin relaksasyon zaman sabiti hesaplaması yoluyla viskozite ve sıcaklık haritalama yetenekleri, kanserli dokulara yüksek do ̆grulukta termal doz ayarı için geri bildirim sa ̆glayacak ve neticede tedavinin etkinli ̆gini artıracaktır